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Última actualización: 17 de marzo de 2026
Autor: Johnny Liu, director ejecutivo de Dowway Vehicle
Nota de revisión técnica: Para la publicación final, añada un revisor designado, como por ejemplo un arquitecto jefe de ingeniería eléctrica/electrónica, un responsable de seguridad funcional o un ingeniero de redes de vehículos.
- ¿Por qué la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica en el sector automotriz es ahora esencial?
- ¿Qué es la simulación de arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
- ¿Qué sistema técnico permite la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
- ¿Cuáles son los principales tipos de simulación de arquitectura eléctrica/electrónica para automóviles?
- ¿Cómo funciona la simulación de topología arquitectónica?
- ¿Por qué es fundamental la simulación de la comunicación en bus?
- ¿Cómo contribuye la simulación de seguridad funcional al desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica?
- ¿Por qué la simulación en tiempo real es fundamental para la validación de la arquitectura eléctrica/electrónica moderna?
- ¿Qué es la cosimulación multidominio en la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
- ¿Cuáles son las principales dificultades de ingeniería en la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
- ¿Cómo pueden los equipos del sector automotriz resolver estos desafíos de simulación?
- ¿Qué herramientas de simulación son las más importantes para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica del sector automotriz?
- ¿Cómo se ve la aplicación práctica de la ingeniería? Dos estudios de caso.
- Caso práctico 1: Simulación en el desarrollo de arquitecturas E/E centralizadas
- Caso práctico 2: Cosimulación multidominio en arquitectura E/E zonal para un vehículo de nueva energía.
- ¿Cuáles son las tendencias futuras en la simulación de arquitecturas eléctricas y electrónicas para el sector automotriz?
- Conclusión completa sobre ingeniería
- Preguntas frecuentes sobre la simulación de arquitectura eléctrica/electrónica automotriz
- 1. ¿Por qué la simulación se está volviendo esencial para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica moderna en la industria automotriz?
- 2. ¿Cuáles son los mayores desafíos técnicos en la simulación de arquitecturas eléctricas/electrónicas?
- 3. ¿Qué herramientas de simulación se utilizan con mayor frecuencia para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica del sector automotriz?
- 4. ¿Cómo contribuye la simulación a la validación de la seguridad funcional según la norma ISO 26262?
- 5. ¿Cómo evolucionará la simulación en la era de los vehículos definidos por software?
- Biografía del autor
La simulación de la arquitectura eléctrica y electrónica automotriz consiste en el modelado y la validación virtual del sistema eléctrico y electrónico de un vehículo. Permite a los equipos de ingeniería probar el diseño de la arquitectura, el comportamiento de la comunicación, la sincronización, la seguridad y la interacción entre dominios antes de la construcción de prototipos de hardware completos. En los vehículos definidos por software, este trabajo es ahora una parte fundamental del desarrollo, en lugar de una tarea secundaria.
- La arquitectura eléctrica y electrónica del sector automotriz está pasando de unidades de control electrónico (ECU) distribuidas a sistemas centralizados y zonales.
- La simulación ayuda a los equipos a verificar la topología, la comunicación, la seguridad, la sincronización y el comportamiento entre dominios con mayor antelación.
- Permite la validación temprana y reduce el coste de las pruebas en las últimas fases.
- El sistema técnico consta de cuatro capas: modelo, ejecución, validación y gestión de datos.
- Los cinco tipos clave de simulación son: topología, comunicación de bus, seguridad funcional, tiempo real y cosimulación multidominio.
- Los principales problemas de ingeniería son la fidelidad del modelo, la interoperabilidad de las herramientas, la carga en tiempo real y la cobertura de escenarios.
- Entre las herramientas más comunes se incluyen Simulink, Simcenter Amesim, Ansys, CANoe, RTaW-Pegase, dSPACE, ETAS LABCAR y QEMU.
- Los trabajos futuros se orientan hacia la simulación asistida por IA, los gemelos digitales, la simulación vehículo-nube y los modelos ligeros.
Los vehículos modernos se basan ahora en software, procesamiento centralizado, fusión de sensores, conectividad y actualizaciones continuas. Este cambio ha transformado el papel de la arquitectura eléctrica y electrónica. Ya no se limita al cableado y la ubicación de los controladores, sino que define el funcionamiento general del vehículo, la velocidad de actualización de las funciones y la seguridad con la que interactúan los distintos sistemas. Por ello, la simulación se ha convertido en una de las principales herramientas para probar ideas antes de que impliquen costosos cambios de hardware.
¿Por qué la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica en el sector automotriz es ahora esencial?
Es fundamental porque el desarrollo de vehículos ha superado el antiguo flujo de trabajo que consistía en diseñar primero, construir prototipos y luego detectar problemas en las pruebas de banco o en las pruebas de vehículos. Los vehículos modernos deben ser compatibles con ADAS, conducción automatizada, sistemas de cabina inteligentes, conectividad V2X, sistemas de propulsión eléctrica y un número creciente de funciones controladas por software. Todo ello depende de un sistema eléctrico/electrónico estrechamente integrado.
La arquitectura detrás de esas funciones está cambiando de control distribuido, donde muchas ECU gestionan funciones separadas, para arquitecturas centralizadas y zonales, donde un unidad central de computación (UCC) trabaja con unidades de control zonal (UCZ). Esto reduce el número de unidades de control electrónico (ECU), simplifica el cableado y mejora la escalabilidad del software. Sin embargo, también aumenta la dificultad de la integración, el control de la sincronización, la gestión de fallos, el diseño de seguridad y la coordinación del software.
El informe plantea una cuestión práctica. Las pruebas físicas tradicionales son costosas y lentas. Un solo programa completo de pruebas de vehículos puede costar millones de RMB, y las pruebas en banco no permiten cubrir suficientes condiciones en las primeras etapas. Las correcciones de última hora se vuelven mucho más costosas una vez que el hardware ya está fabricado. La simulación cambia esto al adelantar la validación, donde se pueden detectar problemas de topología, congestión de bus, conflictos de programación, problemas de compatibilidad y deficiencias en la respuesta a fallos antes de la congelación del prototipo.
Esto también concuerda con las prácticas de ingeniería más generales. La norma ISO 26262 sigue siendo el principal marco de seguridad funcional para los sistemas eléctricos y electrónicos de vehículos de carretera, y la validación virtual basada en la nube es cada vez más común en los programas de vehículos definidos por software.
¿Qué es la simulación de arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
La simulación de la arquitectura eléctrica y electrónica automotriz consiste en el uso de un modelo virtual del sistema electrónico y eléctrico del vehículo para simular su comportamiento, analizar su rendimiento, verificar sus funciones y probar fallos durante el desarrollo.
En esencia, se trata del uso de lógica de gemelos digitales En ingeniería eléctrica y electrónica automotriz, se construye una versión virtual del sistema real para que los ingenieros puedan modelar cómo interactúan los sensores, las unidades de control electrónico (ECU), los buses, los actuadores y el entorno externo. Este modelo se utiliza posteriormente para:
- verificar la corrección de la arquitectura antes de realizar prototipos físicos
- Analizar la temporización, la latencia, la carga de la CPU y la fiabilidad.
- mejorar el diseño de la red, la arquitectura y la programación del software.
- simular fallos y comprobar los mecanismos de seguridad
- brindar soporte para las pruebas del ciclo de vida, el diagnóstico y la reutilización de los activos de prueba.
El informe define cuatro características clave de la simulación de arquitectura E/E:
- Cobertura en todo el sistema a lo largo de la cadena sensor-ECU-bus-actuador
- Relevancia en tiempo real con una precisión de simulación cercana a la del vehículo real, idealmente dentro del 5%.
- Escalabilidad a medida que las arquitecturas pasan de formas distribuidas a formas centralizadas y zonales
- utilidad de la ingeniería mediante la integración con las herramientas de diseño y prueba más utilizadas.
Esa combinación es lo que hace que la simulación sea útil en los programas de vehículos reales.
¿Qué sistema técnico permite la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
El informe divide el sistema técnico en cuatro capas: capa del modelo de simulación, capa de ejecución de la simulación, capa de validación de la simulación y capa de gestión de datos. Estas capas trabajan conjuntamente para dar soporte a todo el proceso de simulación.
Capa del modelo de simulación
Esta es la base de todo el sistema. Contiene los modelos digitales utilizados para representar la arquitectura eléctrica/electrónica real.
El informe indica que esta capa incluye:
- Modelos de ECU para recursos de hardware como CPU, memoria y E/S, además de lógica de software como sistemas operativos, lógica de aplicación y protocolos de comunicación
- Modelos de autobuses para CAN, CAN FD, Ethernet y TSN, incluyendo retardo de transmisión, carga de ancho de banda e interferencia de señal.
- Modelos de sensores para cámaras, LiDAR, radar de ondas milimétricas, GPS y otras entradas, incluyendo características de salida de señal y comportamiento de error.
- Modelos de actuadores para el motor, los frenos, la dirección y otros sistemas controlados
- Modelos ambientales para carreteras, clima y flujo de tráfico, que afectan el comportamiento E/E en el uso real.
Si esta capa es demasiado simple, el resto de la simulación se vuelve menos fiable.
capa de ejecución de simulación
Esta capa ejecuta la simulación.
El informe dice que depende de:
- a motor de simulación en tiempo real que pueden manejar tamaños de paso de nivel de milisegundos y, en algunos casos, de nivel de microsegundos.
- a mecanismo de cosimulación que conecta los modelos eléctricos/electrónicos con la dinámica del vehículo, los algoritmos ADAS, los modelos de baterías u otros dominios de la ingeniería.
Esta capa es la que convierte el modelo en un entorno de pruebas de ingeniería funcional.
capa de validación de simulación
Esta capa comprueba si el sistema simulado cumple con los requisitos de ingeniería.
El informe incluye:
- diseño de casos de validación
- verificación de funciones
- análisis de rendimiento
- verificación de seguridad
- simulación de fallos e inyección de fallos
También enumera indicadores de rendimiento típicos como:
- utilización del ancho de banda del bus
- retardo en la transmisión de la señal
- carga de la CPU
- tasa de éxito en la programación de tareas
- tiempo de respuesta
- estar nervioso
- eficiencia del diagnóstico de fallas
capa de gestión de datos
Esta capa gestiona los datos generados durante la simulación y las pruebas.
El informe incluye:
- parámetros de simulación
- casos de prueba
- almacenamiento de resultados
- análisis comparativo
- trazabilidad
- reutilización de datos entre iteraciones
Esto es importante porque un programa de simulación solo se convierte en un verdadero recurso de ingeniería cuando los resultados se pueden gestionar, comparar y reutilizar a lo largo del tiempo.
¿Cuáles son los principales tipos de simulación de arquitectura eléctrica/electrónica para automóviles?
El informe identifica cinco tipos clave de simulación:
- simulación de topología de arquitectura
- simulación de comunicación de bus
- simulación de seguridad funcional
- simulación en tiempo real
- cosimulación multidominio
Cada uno resuelve un problema de ingeniería diferente y, en conjunto, cubren todo el flujo de trabajo de la arquitectura.
¿Cómo funciona la simulación de topología arquitectónica?
La simulación de topología arquitectónica se utiliza durante el diseño conceptual y la planificación arquitectónica. Permite comprobar si la disposición es razonable, escalable y tolerante a fallos, además de ayudar a reducir costes.
Como explica el informe, el diseño de la topología afecta directamente al coste del cableado, la longitud de la ruta de la señal y la fiabilidad en arquitecturas centralizadas y zonales. Destaca tres usos principales.
Verificar la racionalidad del diseño
Los equipos simulan diferentes estructuras, como por ejemplo:
- centro de cómputo + 4 controladores zonales
- centro de cómputo + 3 controladores zonales
El objetivo es comparar las rutas de señal, el cableado y la ubicación de los nodos. Esto ayuda a reducir la longitud del arnés, el peso del cableado y el costo del sistema.
El informe ofrece un ejemplo concreto: en un proyecto de arquitectura zonal, la simulación topológica redujo la longitud del arnés en 20% y costo por 15%.
Verificación de la escalabilidad
La simulación de topología también se utiliza para probar si la arquitectura puede soportar nuevas funciones más adelante, entre ellas:
- sensores ADAS adicionales
- Nuevas características de la cabina inteligente
- funciones futuras basadas en software
Esto ayuda a evitar rediseños costosos en el futuro.
Verificación de la redundancia de fallos
Los equipos también simulan fallos en los nodos, como por ejemplo un fallo en la unidad de control zonal, para comprobar si las rutas de respaldo pueden preservar funciones críticas para la seguridad, como el frenado o la dirección.
El informe señala que las herramientas comúnmente utilizadas aquí incluyen: Vector CANoe, Siemens Simcenter Amesim, y MathWorks Simulink.
¿Por qué es fundamental la simulación de la comunicación en bus?
La simulación de la comunicación en bus es fundamental, ya que el comportamiento de la red afecta directamente la sincronización, la fiabilidad y el rendimiento del sistema. A medida que los sistemas eléctricos y electrónicos evolucionan hacia configuraciones centralizadas y zonales, las redes de comunicación deben transmitir más datos, a través de más protocolos y con requisitos de sincronización más estrictos.
El informe señala que las arquitecturas están pasando de CAN tradicional a CAN FD, Ethernet automotriz y TSN. Esto hace que la compatibilidad del protocolo, la carga de la red y el comportamiento ante fallos sean mucho más importantes.
La simulación de comunicación de bus se centra en la transferencia de señal, el retardo, la interferencia y el uso del ancho de banda. Abarca tres tareas de ingeniería principales.
Verificación de compatibilidad de protocolo
Las arquitecturas E/E modernas suelen ejecutar varios protocolos simultáneamente. Los ingenieros deben verificar el intercambio correcto de señales entre:
- PODER
- CAN FD
- Ethernet
- TSN
- pasarelas entre esas redes
El informe menciona específicamente la virtualización basada en QEMU combinada con el bus PCI y los canales de transferencia Ethernet para construir modelos de comunicación virtual más realistas.
Optimización del ancho de banda y la latencia
Las diferentes condiciones de conducción generan diferentes cargas de tráfico. Los ingenieros simulan el comportamiento de la red bajo las siguientes condiciones:
- inactivo
- aceleración
- conducción automatizada
- condiciones de alto tráfico de sensores
Esto ayuda a encontrar cuellos de botella y ajustar las reglas de prioridad o los ciclos de transmisión. El informe señala que en el desarrollo de ADAS, donde el tráfico de cámaras y LiDAR es intenso, la simulación de bus se puede utilizar para mantener el retardo de señal clave bajo control. 10 ms.
También nombra RTaW-Pegasa es una herramienta importante porque admite la medición del tiempo a nivel de microsegundos, el análisis del tiempo de transmisión en el peor de los casos y el análisis del ancho de banda.
Para el control de temporización relacionado con TSN, IEEE 802.1Qbv es uno de los estándares relevantes para la programación con conciencia temporal del tráfico crítico.
Simulación y diagnóstico de fallas en el bus
El informe también abarca la inyección de fallos en redes de comunicación, incluyendo:
- cortocircuitos
- circuitos abiertos
- interferencia de señal
- alteración del mensaje
Un ejemplo es la simulación de interferencias en el bus CAN, que se utiliza para verificar si el módulo de diagnóstico puede filtrar las señales perturbadas sin detectar fallos falsos.
¿Cómo contribuye la simulación de seguridad funcional al desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica?
Las pruebas de simulación de seguridad funcional determinan si la arquitectura puede mantenerse segura cuando se producen fallos. Esto es especialmente importante para los sistemas ADAS y de conducción automatizada, donde los requisitos de seguridad suelen recaer en la ASIL B a ASIL D rango.
La norma ISO 26262 proporciona el marco para los sistemas eléctricos y electrónicos de automoción relacionados con la seguridad y su ciclo de vida completo.
El informe divide la simulación de seguridad funcional en tres usos principales.
Simulación de inyección de fallos
Se inyectan fallos en:
- ECUs
- sensores
- autobuses
- controladores
- interfaces del sistema
Algunos ejemplos de fallos son:
- Congelación de la ECU
- fallo de la ECU
- deriva del sensor
- pérdida de señal del autobús
- comunicación corrupta
El informe presenta un caso práctico: en una arquitectura de conducción automatizada, cuando la ECU principal falló, la ECU de respaldo tuvo que tomar el control. 50 ms para apoyar ASIL D requisitos.
Verificación del mecanismo de seguridad
La simulación se utiliza para verificar:
- redundancia de señal
- redundancia de tareas
- aislamiento de hardware
- sincronización de doble ECU
- comportamiento de conmutación por error
- funcionamiento degradado
El informe también hace referencia a Virtualización de tipo 1 tecnologías como Xen y ACRN para probar el aislamiento entre cargas de trabajo críticas para la seguridad y cargas de trabajo no críticas.
Evaluación del nivel de seguridad
Los resultados de la simulación pueden utilizarse para evaluar si la arquitectura cumple con su nivel de seguridad objetivo y para detectar riesgos ocultos antes de la integración completa del hardware.
El informe nombra específicamente Análisis de Ansys Medini para el análisis de peligros, la evaluación de riesgos y el apoyo al diseño de seguridad.
¿Por qué la simulación en tiempo real es fundamental para la validación de la arquitectura eléctrica/electrónica moderna?
La simulación en tiempo real es fundamental porque las arquitecturas electroelectrónicas centralizadas dependen de una sincronización precisa entre la detección, la comunicación, el procesamiento y la actuación. Si las tareas se retrasan o las señales llegan demasiado tarde, la calidad del control del vehículo y la seguridad pueden verse afectadas de inmediato.
El informe destaca tres usos principales.
Simulación de programación de tareas
Esto abarca el proceso de programación dentro de las ECU o plataformas informáticas centrales, incluyendo:
- prioridad de la tarea
- períodos de programación
- dependencia de la tarea
- carga de la CPU
- tiempo de respuesta
El objetivo es detectar conflictos y mejorar las reglas de programación.
El informe proporciona un ejemplo en el que una tarea de la ECU de alta prioridad tuvo un tiempo de respuesta superior 20 ms. Después de cambiar la configuración de prioridad y período, el tiempo de respuesta se redujo a por debajo de 10 ms.
También señala que RTaW-Pegasa puede analizar AUTOSAR Classic RTOS y planificación basada en hipervisor y evaluar cómo la activación de la tarea afecta al retardo de la red.
Análisis de tiempos de extremo a extremo
Esto cubre todo el recorrido:
Adquisición de datos del sensor → Transmisión por bus → Procesamiento de la ECU → Respuesta del actuador
El informe ofrece dos ejemplos:
- El control de la dirección en la conducción automatizada puede requerir el siguiente retardo 5 ms
- TSN con modelado sensible al tiempo IEEE 802.1Qbv puede mantener el tráfico crítico para la seguridad por debajo 50 μs
Adaptación del hardware mediante simulación en tiempo real
El informe destaca el valor de conectar el modelo virtual a hardware en tiempo real como dSPACE y ETAS LABCAR para pruebas HIL.
Esto crea un circuito cerrado entre el modelo y las ECU o actuadores reales. dSPACE describe HIL como un método fundamental para validar el software integrado de la ECU en un entorno simulado realista, mientras que ETAS presenta DESK-LABCAR como un sistema HIL compacto que permite realizar pruebas en una etapa más temprana del desarrollo.
El informe también explica que los bancos de pruebas LABCAR pueden construir un circuito cerrado de “ECU real + modelo virtual”, lo que ayuda a verificar con mayor precisión el comportamiento en tiempo real y la correcta funcionalidad.
¿Qué es la cosimulación multidominio en la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
La cosimulación multidominio implica ejecutar la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica junto con otros dominios de ingeniería que afectan el comportamiento del vehículo. Esto es importante porque el vehículo no opera en capas técnicas aisladas.
El informe identifica tres combinaciones principales.
Cosimulación de arquitectura eléctrica/electrónica y dinámica vehicular
Al vincular los modelos E/E con herramientas de dinámica vehicular como Simulador de coches o Siemens Simcenter CarLos ingenieros pueden probar cómo las señales de control afectan el comportamiento real del vehículo.
El informe enumera ejemplos como:
- coordinación de frenado
- respuesta de la dirección
- estabilidad del vehículo
- ajuste del algoritmo de control
Menciona específicamente las simulaciones de frenado utilizadas para mejorar el control de la frenada.
Cosimulación de la arquitectura eléctrica/electrónica y del algoritmo ADAS
Esto se utiliza para probar cómo:
- detección de objetivos
- planificación de rutas
- transferencia de sensores
- programación de tareas
- ejecución del actuador
trabajar juntos en toda la arquitectura.
El informe pone el frenado de emergencia en la conducción automatizada como ejemplo práctico. También hace referencia a NVIDIA DRIVE Hyperion como una arquitectura que admite la simulación integrada de sensores, computación y software para la conducción automatizada de alto nivel.
Cosimulación de arquitectura eléctrica/electrónica y sistema de baterías
Para los vehículos eléctricos, la arquitectura E/E también debe coordinarse con:
- control de la batería
- control de carga
- gestión de la energía
- comportamiento térmico
El informe indica que este tipo de cosimulación se utiliza para mejorar la precisión del control, la fiabilidad y la autonomía del vehículo. También hace referencia al uso que hace Infineon de las herramientas de Ansys para la simulación térmica y de control de los módulos de potencia de las baterías.
Para que la cosimulación entre herramientas sea posible, las interfaces estándar son importantes. El informe menciona específicamente: FMI y HLA. FMI es mantenido por la Asociación Modelica y se utiliza ampliamente para el intercambio de modelos de simulación entre diferentes herramientas.
¿Cuáles son las principales dificultades de ingeniería en la simulación de la arquitectura eléctrica/electrónica automotriz?
El informe identifica cuatro dificultades técnicas principales:
- fidelidad insuficiente del modelo
- dificultad en la cosimulación multidominio
- cuellos de botella en el rendimiento de la simulación en tiempo real
- Diseño de casos de uso de simulación incompleta
Cada uno de estos factores puede mermar el valor de la simulación si no se maneja adecuadamente.
Fidelidad insuficiente del modelo
Un problema importante es que el modelo virtual puede no coincidir con el comportamiento real del vehículo con la suficiente precisión.
El informe menciona casos en los que:
- La lógica del software de la ECU está demasiado simplificada.
- Se ignoran los límites de recursos de hardware.
- El comportamiento de la transmisión en bus no se modela de forma realista.
- Faltan errores y ruido del sensor.
Se señala que algunos modelos de ECU solo simulan funciones básicas e ignoran el retardo en tiempo de ejecución y los límites de recursos de hardware, lo que puede provocar una desviación de la carga de la CPU superior a 10%. También señala que los sistemas de prueba de simulación más antiguos pueden carecer de elementos de control y de un comportamiento de comunicación realista.
Dificultades en la cosimulación multidominio
Este problema se debe a una incompatibilidad de herramientas. Las herramientas de arquitectura eléctrica/electrónica, las herramientas de dinámica vehicular, las herramientas ADAS y las herramientas de baterías pueden utilizar:
- diferentes formatos de datos
- diferentes interfaces
- diferentes pasos de tiempo
- diferentes métodos de sincronización
El informe ofrece un ejemplo práctico en el que la vinculación de CANoe y CarSim puede requerir el desarrollo de una interfaz personalizada.
Cuellos de botella en el rendimiento de la simulación en tiempo real
Las arquitecturas centralizadas modernas incluyen muchos controladores, sensores y nodos de red. Esto hace que los modelos de alta fidelidad sean difíciles de calcular, especialmente cuando incluyen:
- Sincronización de TSN
- planificación multinúcleo
- análisis de microsegundos
- grandes gráficos de comunicación
El informe señala que los motores de simulación tradicionales a menudo tienen dificultades para lograr este nivel de precisión temporal.
Diseño de casos de uso de simulación incompletos
La cobertura de escenarios es otro punto débil. Los sistemas automotrices deben probarse en:
- diferentes condiciones de la carretera
- diferentes condiciones climáticas
- funcionamiento normal
- funcionamiento anormal
- condiciones de falla
- escenarios de conducción automatizada extrema
El informe señala específicamente la ausencia de casos de lluvia intensa y niebla densa, lo que puede ocultar problemas de interferencia de los sensores hasta pruebas posteriores. También menciona la limitada diversidad de escenarios, la dificultad para personalizar los enlaces de comunicación y la escasez de portadores de prueba funcionales.
¿Cómo pueden los equipos del sector automotriz resolver estos desafíos de simulación?
El informe propone cuatro grupos de soluciones.
Mejorar la fidelidad del modelo
Los métodos recomendados incluyen:
- usando un método de modelado híbrido que combina el modelado físico con la calibración basada en datos.
- Ajuste de parámetros de la ECU, el bus y los sensores utilizando datos reales del vehículo.
- agregando simulación HIL con unidades de control electrónico (ECU) y sensores reales
- establecer estándares de validación de modelos basados en la comparación con datos medidos del vehículo
- manteniendo la desviación dentro 5% siempre que sea posible
El informe vuelve a señalar la virtualización del controlador basada en QEMU y la construcción de buses virtuales como formas de mejorar el realismo.
Resolver dificultades de cosimulación multidominio
El informe recomienda:
- utilizando interfaces estándar como FMI y HLA
- Construyendo una plataforma de simulación unificada
- asignar diferentes tamaños de paso de simulación en función de las necesidades de tiempo de cada dominio
Este es un enfoque práctico porque los diferentes subsistemas no necesitan la misma resolución temporal.
Supera los cuellos de botella de rendimiento en tiempo real.
El informe sugiere lo siguiente:
- CPUs multinúcleo
- aceleración de GPU
- simplificación de modelos no esenciales
- simulación distribuida en múltiples nodos
Dice que la aceleración de GPU puede mejorar la velocidad de simulación mediante De 3 a 5 veces. NVIDIA también presenta herramientas de computación acelerada, inteligencia artificial y gemelos digitales como útiles para la simulación y validación en el sector automotriz.
Mejorar el diseño de casos de simulación
El informe recomienda:
- Creación de bibliotecas de escenarios estructuradas
- abarcando condiciones normales, anormales y de falla
- Utilizar la IA para generar casos de simulación automáticamente.
- Actualización de las bibliotecas de escenarios en función de los comentarios de las pruebas con vehículos reales.
Ofrece un ejemplo práctico de un fabricante de automóviles que construye una biblioteca con más de 1.000 escenarios, lo que aumentó la proporción de problemas encontrados en la simulación a más del 85%.
También señala que las pruebas de estrés de topología de RTaW-Pegase pueden ayudar a encontrar límites de la arquitectura y crear escenarios más extremos.
¿Qué herramientas de simulación son las más importantes para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica del sector automotriz?
El informe agrupa las herramientas en tres categorías: herramientas de simulación generales, herramientas de simulación de autobuses especializadas y herramientas de simulación en tiempo real.
Herramientas de simulación generales
MathWorks Simulink
Se utiliza para el modelado de la arquitectura eléctrica/electrónica, la lógica de la ECU, los modelos de sensores, el comportamiento de la red y la conexión con otros dominios.
Siemens Simcenter Amesim
Se utiliza para la simulación multidominio, especialmente cuando es necesario conectar la dinámica del vehículo, el comportamiento térmico y los sistemas de fluidos.
Ansys
Se utiliza para simulación multifísica, análisis térmico, análisis electromagnético e ingeniería de seguridad. El informe menciona específicamente: Análisis de Ansys Medini.
Herramientas especializadas para la simulación de autobuses
Vector CANoe / CANalizador
Se utiliza para la simulación de CAN, CAN FD, Ethernet y TSN, el análisis de señales, la inyección de fallos y las pruebas de ancho de banda.
RTaW-Pegasa
Se utiliza para:
- Análisis de temporización Ethernet/TSN
- Análisis de redes mixtas CAN FD
- análisis de planificación multinúcleo
- Análisis de tiempos en el peor de los casos
- autoconfiguración de parámetros TSN
- visualización de tiempos de extremo a extremo
Hardware Vector VN
Se utiliza para conectar la simulación virtual con el hardware de red real y aumentar el realismo.
Herramientas de simulación en tiempo real
dSPACE
Se utiliza para simulación en tiempo real y pruebas HIL con modelos de alta fidelidad.
ETAS LABCAR
Se utiliza para pruebas HIL centradas en la ECU, simulación de fallos y validación integrada.
QEMU
Se utiliza para el desarrollo de controladores virtuales, con soporte para múltiples núcleos y sistemas operativos, lo que reduce la dependencia del hardware físico durante las pruebas.
¿Cómo se ve la aplicación práctica de la ingeniería? Dos estudios de caso.
El informe incluye dos estudios de caso de ingeniería completos.
Caso práctico 1: Simulación en el desarrollo de arquitecturas E/E centralizadas
Un importante fabricante de automóviles que desarrollaba una arquitectura E/E centralizada de próxima generación se enfrentó a tres problemas principales:
- optimización topológica
- cuellos de botella de ancho de banda del bus
- verificación de seguridad funcional
Enfoque de implementación
- Simulación conjunta con Simulink y CANoe Se utilizó para construir modelos topológicos y comparar la computación central + 4 zonas con la computación central + 3 zonas.
- RTaW-Pegasa Se utilizó para simular la comunicación mixta CAN FD y Ethernet y ajustar las prioridades de los mensajes.
- dSPACE HIL se utilizó para pruebas de seguridad funcional, incluyendo fallas de ECU y fallas de bus en Más de 20 escenarios de fallos.
Resultados
- longitud del arnés reducida por 22%
- Costo de arquitectura reducido por 18%
- La utilización de autobuses se redujo de Del 75% al 55%
- retardo de señal crítico controlado dentro 8 ms
- arquitectura verificada para admitir ASIL D esperanzas de heredar
Valor de ingeniería
El informe dice que este flujo de trabajo basado en simulación redujo el tiempo de desarrollo en 30%, redujo el costo de I+D en 25%y redujo la cantidad de problemas detectados por primera vez en las pruebas de vehículos reales mediante 80%.
Caso práctico 2: Cosimulación multidominio en arquitectura E/E zonal para un vehículo de nueva energía.
Un fabricante de vehículos de nueva energía necesitaba verificar cómo interactuaba una arquitectura E/E zonal con:
- dinámica vehicular
- sistemas de baterías
- gestión de la energía
- rendimiento de frenado
Enfoque de implementación
- Se construyó una plataforma de co-simulación con Simulink para arquitectura E/E, Simulador de coches para la dinámica del vehículo y Ansys para simulación de batería.
- FMI Se utilizaba para el intercambio de datos.
- El equipo simuló múltiples estados de conducción, incluyendo ralentí, aceleración, frenado y conducción en autopista.
- ETAS LABCAR Se utilizó para realizar pruebas HIL con un controlador zonal real.
Resultados
- La estrategia de gestión energética mejoró.
- La autonomía del vehículo aumentó en 10%
- El tiempo de respuesta de frenado se mejoró mediante 15%
El informe también señala el trabajo de simulación térmica en módulos de energía de baterías utilizando métodos relacionados con Ansys, incluyendo un Mejora de 25 grados en la temperatura máxima en la descripción del caso fuente.
Valor de ingeniería
Este caso demuestra que la simulación de la arquitectura E/E va más allá de mejorar la sincronización de la red. También puede mejorar la eficiencia del vehículo, el control térmico y el rendimiento real en la conducción.
¿Cuáles son las tendencias futuras en la simulación de arquitecturas eléctricas y electrónicas para el sector automotriz?
El informe identifica cuatro líneas de actuación futuras.
La IA y la simulación se utilizarán juntas con mayor frecuencia.
La IA puede ayudar con:
- construcción automática de modelos
- generación automática de escenarios
- análisis automático de resultados
- simulación y optimización en bucle cerrado
Esto puede reducir el esfuerzo de ingeniería y mejorar la cobertura de escenarios.
Los gemelos digitales estarán más estrechamente vinculados con la simulación.
El siguiente paso no consiste solo en el modelado fuera de línea, sino en la conexión en tiempo real entre los modelos de arquitectura virtual y los vehículos reales. Esto permite la monitorización del ciclo de vida y la mejora continua del sistema.
NVIDIA presenta Omniverse como una plataforma para gemelos digitales industriales y flujos de trabajo de simulación, incluido su uso en el sector automotriz.
La cosimulación vehículo-nube crecerá
A medida que se expanden los vehículos conectados y los sistemas V2X, la simulación incluirá cada vez más:
- V2V
- V2I
- V2P
- interacción vehículo-nube
El informe señala que RTaW-Pegase posee capacidad de comunicación inalámbrica relevante para la simulación del protocolo V2X.
La simulación ligera será más importante
El informe también señala herramientas y modelos más ligeros para:
- pruebas de campo
- diagnóstico in situ
- soporte de ingeniería móvil
- flujos de trabajo de pruebas flexibles fuera del laboratorio principal
Conclusión completa sobre ingeniería
La simulación de la arquitectura eléctrica y electrónica automotriz es ahora una tecnología clave para los vehículos definidos por software. Permite el desarrollo digital a lo largo de todo el ciclo de vida, desde los requisitos y el diseño de la arquitectura hasta las pruebas de integración, la optimización y el soporte operativo posterior.
Según el informe original, su valor es evidente:
- adelanta la validación
- reduce el costo de desarrollo
- acorta el tiempo de desarrollo
- mejora la fiabilidad
- Apoya el desarrollo de arquitecturas centralizadas y zonales.
- Ayuda a resolver problemas de topología, comunicación, seguridad, sincronización e integración entre dominios.
- Apoya el camino hacia los gemelos digitales, las pruebas asistidas por IA y la validación de vehículos en la nube.
Las empresas que desarrollan una sólida capacidad de simulación eléctrica/electrónica suelen tomar mejores decisiones de arquitectura antes y con menos necesidad de reelaboración.
Preguntas frecuentes sobre la simulación de arquitectura eléctrica/electrónica automotriz
1. ¿Por qué la simulación se está volviendo esencial para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica moderna en la industria automotriz?
Respuesta corta: Porque las arquitecturas eléctricas/electrónicas modernas están más integradas, dependen más del software y son mucho más difíciles de validar únicamente mediante pruebas físicas.
Los vehículos modernos están pasando de sistemas ECU distribuidos a arquitecturas E/E centralizadas y zonales. Esto aumenta la complejidad del sistema en lo que respecta a computación, redes y coordinación de software. La validación tradicional basada en prototipos físicos y pruebas de banco es costosa y lenta. La simulación permite una verificación temprana de la arquitectura, pruebas de escenarios a gran escala, actualizaciones de software más rápidas y menores costos de desarrollo. AWS también ha descrito la simulación E/E basada en la nube y los flujos de trabajo de ECU virtuales como útiles para un desarrollo más rápido del modelo V.
2. ¿Cuáles son los mayores desafíos técnicos en la simulación de arquitecturas eléctricas/electrónicas?
Respuesta corta: Los mayores desafíos son la precisión del modelo, la integración entre herramientas, el rendimiento en tiempo real y la cobertura de escenarios.
Los modelos de baja fidelidad de la ECU, los sensores o los buses pueden generar resultados que no se corresponden con el comportamiento real del vehículo. La simulación entre dominios es compleja debido a que las distintas herramientas pueden utilizar interfaces y tamaños de paso diferentes. Las arquitecturas centralizadas también requieren una sincronización precisa a nivel de microsegundos para el tráfico Ethernet y TSN. Además, crear suficientes escenarios manualmente consume mucho tiempo. AWS también señala problemas similares de escalabilidad e integración en los flujos de trabajo de simulación eléctrica/electrónica modernos.
3. ¿Qué herramientas de simulación se utilizan con mayor frecuencia para el desarrollo de la arquitectura eléctrica/electrónica del sector automotriz?
Respuesta corta: La mayoría de los equipos utilizan un conjunto de herramientas en lugar de una sola herramienta.
Las herramientas comunes incluyen: MathWorks Simulink para modelado y simulación funcional, Siemens Simcenter Amesim para simulación multidominio y Ansys, incluyendo medini analyze, para seguridad y trabajo multifísico. Para simulación de comunicaciones, Vector CANoe/CANalizer y RTaW-Pegasa son ampliamente utilizados. Para validación en tiempo real y HIL, dSPACE y ETAS LABCAR son comunes. La validación virtual basada en la nube también se está volviendo más común en los flujos de trabajo de SDV.
4. ¿Cómo contribuye la simulación a la validación de la seguridad funcional según la norma ISO 26262?
Respuesta corta: Permite a los ingenieros probar de forma segura casos de fallos peligrosos antes de que ocurran en vehículos reales.
La simulación respalda la validación según la norma ISO 26262, permitiendo a los equipos inyectar fallos en la ECU, fallos en los sensores, errores de comunicación y desincronizaciones en un entorno controlado. De esta forma, los ingenieros pueden verificar la redundancia, la sincronización de la conmutación por error, el funcionamiento degradado y el comportamiento de los mecanismos de seguridad antes de las pruebas en carretera. La norma ISO define la seguridad funcional como aquella que se aplica a los sistemas eléctricos, electrónicos y de software relacionados con la seguridad a lo largo de todo el ciclo de vida del vehículo.
5. ¿Cómo evolucionará la simulación en la era de los vehículos definidos por software?
Respuesta corta: Se volverá más dependiente de la nube, más automatizado y estará más estrechamente vinculado a los gemelos digitales.
La simulación avanza hacia los gemelos digitales, la validación a escala de la nube, los flujos de trabajo híbridos de Vehículo en el Bucle (Vehicle-in-the-Loop) y HIL (Hardware-in-the-Loop), y la automatización asistida por IA. NVIDIA presenta los gemelos digitales y la simulación acelerada como herramientas útiles para una validación más rápida y una implementación más segura, mientras que AWS describe la simulación en la nube como una forma de escalar las pruebas de la ECU virtual y la arquitectura E/E. Estas tendencias coinciden con la visión del informe sobre la simulación impulsada por IA, la coordinación de gemelos digitales y la cosimulación vehículo-nube.
Biografía del autor
Johnny Liu es el Director ejecutivo de Dowway Vehicle. Se especializa en estrategia tecnológica para vehículos, desarrollo de sistemas automotrices y desarrollo de productos con enfoque en ingeniería. Su visión sobre la simulación de arquitecturas eléctricas y electrónicas para automóviles surge de la necesidad de acortar los ciclos de desarrollo, mejorar la confiabilidad del sistema y brindar soporte a plataformas de vehículos escalables definidas por software.
